汽車機械基礎(chǔ)教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上教 案 學(xué)年第二學(xué)期教案名稱：汽車機械基礎(chǔ)授課教師 ：授課班級： 第 2 周（第 1、2 講） 課 題第一章:靜力學(xué)基礎(chǔ) 課 型新授教學(xué)目標1、 知道力、平衡、剛體的概念。2、理解和掌握靜力學(xué)的幾個公理。教學(xué)重點靜力學(xué)公理教學(xué)難點二力構(gòu)件、力的平行四邊形法則教學(xué)手段多媒體教學(xué)教學(xué)內(nèi)容及步驟：【教學(xué)過程】：自我介紹. 進入新課第一章：靜力學(xué)基礎(chǔ)：一、力的概念力的概念是人們在長期生活和生產(chǎn)實踐中逐步形成的。例如：人用手推小車，小車就從靜止開始運動；落錘鍛壓工件時，工件就會產(chǎn)生變形。力是物體與物體之間相互的機械作用。使物體的機械運動發(fā)生變化，稱為力的外效應(yīng)；使物體產(chǎn)生變形，

2、稱為力的內(nèi)效應(yīng)。力對物體的作用效應(yīng)取決于力的三要素，即力的大小、方向和作用點。力是矢量，常用一個帶箭頭的線段來表示，在國際單位制中，力的單位牛頓(N)或千牛頓(KN)。二、靜力學(xué)公理公理1力的平行四邊形法則作用在物體上同一點的兩個力，可以合成一個合力。合力的作用點仍在該點，合力的大小和方向由這兩個力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對角線確定。其矢量表達式為R =1+2根據(jù)公理1求合力時，通常只須畫出半個平行四邊形就可以了。如圖1-2b、c所示，這樣力的平行四邊形法則就演變?yōu)榱Φ娜切畏▌t。公理2二力平衡公理剛體僅受兩個力作用而平衡的充分必要條件是：兩個力大小相等，方向相反，并作用在同一直線上，如圖1

3、3所示。即 1-2它對剛體而言是必要與充分的，但對于變形體而言卻只是必要而不充分。如圖14所示，當繩受兩個等值、反向、共線的拉力時可以平衡，但當受兩個等值、反向、共線的壓力時就不能平衡了。 二力構(gòu)件：僅受兩個力作用而處于平衡的構(gòu)件。二力構(gòu)件受力的特點是：兩個力的作用線必沿其作用點的連線。如圖15a中的三鉸鋼架中的BC構(gòu)件，若不計自重，就是二力構(gòu)件。公理3加減平衡力系公理在作用于剛體上的已知力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。加減平衡力系公理主要用來簡化力系。但必須注意，此公理只適應(yīng)于剛體而不適應(yīng)于變形體。推論1力的可傳性原理作用于剛體上的力，可以沿其作用線

4、移至剛體內(nèi)任意一點，而不改變該力對物體的作用效果。力對剛體的效應(yīng)與力的作用點在其作用線上的位置無關(guān)。因此，作用于剛體上的力的三要素是：力的大小、方向、作用線。推論2三力平衡匯交定理 若剛體受到同平面內(nèi)三個互不平行的力的作用而平衡時，則該三個力的作用線必匯交于一點。公理4作用和反作用定律作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用線相同，但同時分別作用在兩個相互作用的物體上。這個公理表明，力總是成對出現(xiàn)的，只要有作用力就必有反作用力，而且同時存在，又同時消失。公理5剛化原理變形體在某一力系作用下處于平衡，如將此變形體剛化為剛體，其平衡狀態(tài)保持不變。這個公理提供了把變形體抽象為剛體模型的條件。 小

5、結(jié)：1. 提出了靜力學(xué)的基本概念：力、平衡、剛體。2. 力是物體之間的相互機械作用。力的三要素是力的大小、方向和作用點。力是矢量。3. 靜力學(xué)公理是研究靜力學(xué)的基礎(chǔ)。公理1說明力的運算符合矢量運算法則，是力系合成與分解的基礎(chǔ)。公理2是最基本的力系平衡條件。公理3是力系等效代換和簡化的主要依據(jù)。公理4是研究物體系受力分析的基礎(chǔ)。公理5提供了把變形體抽象為剛體模型的條件。作業(yè)：1.力的三要素指什么? 2.二力平衡的條件是什么?用方程式表示出來.【課后記】：大多數(shù)同學(xué)能理解靜力學(xué)的幾個公理的含義，但對二力構(gòu)件和力的平行四邊形法則的具體應(yīng)用欠熟練。第2 周（第 3、4講） 課 題約束與約束反力課 型新

6、授課教學(xué)目標1、 知道約束與約束反力的概念、類型、性質(zhì)。2、 會分析不同約束的約束反力。教學(xué)重點約束反力的性質(zhì)教學(xué)難點光滑圓柱形鉸鏈約束教學(xué)手段多媒體教學(xué)【教學(xué)過程】：一、約束與約束反力1、在力學(xué)中通常把物體分成兩類：（1）自由體物體能在空間做任意運動，他們的位移不受任何限制。如天空中飛行的飛機、鳥等。(2)非自由體物體總是以一定的形式與周圍其他物體相互聯(lián)系，即物體的位移要受到周圍其他物體的限制。如用繩懸掛的燈可向上、前、后、左、右運動，但不能向下運動，轉(zhuǎn)軸要受到軸承的限制。2、約束這種對非自由體的某些位移起限制作用的周圍其他物體稱為約束。如繩是燈的約束，軸承就是轉(zhuǎn)軸的約束。既然約束限制了物體

7、的某些運動，所以一定有約束力作用于物體上。3、約束力這種約束對物體的作用力稱為約束力。約束力也叫約束反力。4、工程實際中將物體所受的力分為兩類：（1）一類是主動力這種能使物體產(chǎn)生運動或運動趨勢的力，稱為主動力，主動力有時也叫載荷；如重力，一般大小、方向往往已知。（2）另一類是約束反力，它是由主動力引起的，是一種被動力，是未知力。靜力分析的重要任務(wù)之一就是要確定未知的約束反力大小、方向。二、四種常見約束類型的約束反力工程中約束的種類很多，對于一些常見的約束，根據(jù)其特性可歸納為下列四種基本類型。 （一）、柔性約束（柔索）1、組成：由柔性繩索、膠帶或鏈條等柔性物體構(gòu)成。2、約束特點：只能受拉，不能受

8、壓。3、約束反力方向：作用在接觸點，方向沿著柔體的中心線背離物體。通常用表示。見圖1-8（二）、光滑面約束（剛性約束）1、組成：由光滑接觸面構(gòu)成的約束。當兩物體接觸面之間的摩擦力小到可以忽略不計時，可將接觸面視為理想光滑的約束。2、約束特點：不論接觸面是平面或曲面，都不能限制物體沿接觸面切線方向的運動，而只能限制物體沿著接觸面的公法線指向約束物體方向的運動。3、約束反力方向：通過接觸點，沿著接觸面公法線方向，指向被約束的物體，通常用N表示。如圖所示。（三）、光滑圓柱形鉸鏈約束1、組成：兩物體分別鉆有直徑相同的圓柱形孔，用一圓柱形銷釘連接起來，在不計摩擦?xí)r，即構(gòu)成光滑圓柱形鉸鏈約束，簡稱鉸鏈約束

9、。2、約束特點：這類約束的本質(zhì)為光滑接觸面約束，因其接觸點位置未定，故只能確定鉸鏈的約束反力為一通過銷釘中心的大小和方向均無法預(yù)先確定的未知力。通常此力就用兩個大小未知的正交分力來表示。如圖1所示。3、鉸鏈約束分類：這類約束有連接鉸鏈、固定鉸鏈支座、活動鉸鏈支座等。（1）連接鉸鏈（中間鉸鏈）約束兩構(gòu)件用圓柱形銷釘連接且均不固定，即構(gòu)成連接鉸鏈，其約束反力用兩個正交的分力x和y表示，如圖10所示。. 固定鉸鏈支座約束如果連接鉸鏈中有一個構(gòu)件與地基或機架相連，便構(gòu)成固定鉸鏈支座，其約束反力仍用兩個正交的分力x和y表示., 如圖所示。3.活動鉸鏈支座在橋梁、屋架等工程結(jié)構(gòu)中經(jīng)常采用這種約束。在鉸鏈支

10、座的底部安裝一排滾輪，可使支座沿固定支承面移動，這種支座的約束性質(zhì)與光滑面約束反力相同，其約束反力必垂直于支承面，且通過鉸鏈中心。見圖1-12（四）、固定端約束固定端約束能限制物體沿任何方向的移動，也能限制物體在約束處的轉(zhuǎn)動。所以，固定端A處的約束反力可用兩個正交的分力、和力矩為M的力偶表示。見圖1-13 小結(jié)：作用于物體上的力可分為主動力與被動約束反力。約束反力是限制被約束物體運動的力，它作用于物體的約束接觸處，其方向與物體被限制的運動方向相反。常見的約束類型有：· 柔性約束只能承受沿柔索的拉力。 · 光滑接觸面約束只能承受位于接觸點的法向壓力。 · 光滑圓柱形

11、鉸鏈約束通常用兩個正交的約束反力表示。 · 固定端約束通常用兩個正交的約束反力與一個力偶表示。作業(yè)：另擬【課后記】：對固定鉸鏈支座約束和固定端約束的約束反力的表示方法，很多同學(xué)理解不好，需要一種更好的方法來講授。第 3周（第1、2 講） 課 題受力分析與受力圖課 型新授課教學(xué)目標1、 會根據(jù)約束的類型分析物體的受力情況。2、 會熟練地畫簡單物體的受力圖。教學(xué)重點受力分析教學(xué)難點畫受力圖教學(xué)手段多媒體教學(xué)【教學(xué)過程】：復(fù)習(xí)導(dǎo)入：在工程實際中，常常需要對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的某一物體或幾個物體進行力學(xué)計算。首先要確定研究對象，然后對它進行受力分析。即分析研究物體受那些力的作用，并確定每個力的大小、

12、方向和作用點。即：1、研究對象：我們把所研究的物體稱為研究對象。為了清楚地表示物體的受力情況，需要把所研究的物體從與它相聯(lián)系的周圍物體中分離出來，單獨畫出該物體的輪廓簡圖，使之成為分離體，即：2、分離體：解除約束后的自由物體。3、受力圖：在分離體上畫上它所受的全部主動力和約束反力，就稱為該物體的受力圖。4、內(nèi)力與外力如果所取的分離體是由某幾個物體組成的物體系統(tǒng)時，通常將系統(tǒng)外物體對物體系統(tǒng)的作用力稱為外力，而系統(tǒng)內(nèi)物體間相互作用的力稱為內(nèi)力。注意：畫受力圖時一定要分清內(nèi)力與外力，內(nèi)力總是以等值、共線、反向的形式存在，故物體系統(tǒng)內(nèi)力的總和為零。因此，取物體系統(tǒng)為研究對象畫受力圖時，只畫外力，而不

13、畫內(nèi)力。5、畫受力圖是解平衡問題的關(guān)鍵，畫受力圖的一般步驟為：）根據(jù)題意確定研究對象，并畫出研究對象的分離體簡圖。）在分離體上畫出全部已知的主動力。）在分離體上解除約束的地方畫出相應(yīng)的約束反力。注意：畫受力圖時要分清內(nèi)力與外力，6、下面舉例說明受力圖的畫法。例1重量為G的均質(zhì)桿AB，其B端靠在光滑鉛垂墻的頂角處，A端放在光滑的水平面上，在點D處用一水平繩索拉住，試畫出桿AB的受力圖。 解：、選為研究對象、在處畫主動力、畫約束反力例2圖a所示的三鉸拱橋由左、右兩拱通過三鉸鏈連接而成。在拱AC上作用有載荷P，兩拱自重不計，試分別畫出拱AC和拱BC的受力圖。例3、圖a是曲柄滑塊機構(gòu)，圖c是凸輪機構(gòu)。

14、試分別畫出兩圖中滑塊及推桿的受力圖，并進行比較。例、如圖1-15a所示，水平梁AB用斜桿CD支承，A、C、D三處均為光滑鉸鏈連接。勻質(zhì)梁 AB重G1，其上放一重為G2電動機。若不計斜桿CD自重，試分別畫出斜桿CD和梁AB（包括電動機）的受力圖。解：(1) 斜桿CD的受力圖取斜桿CD為研究對象，由于斜桿CD自重不計，并且只在C、D兩處受鉸鏈約束而處于平衡，因此斜桿CD為二力構(gòu)件。斜桿CD的約束反力必通過兩鉸鏈中心C與D的連線，用FC和FD表示。如圖1-15b所示。(2) 梁AB的受力圖取梁AB（包括電動機）為研究對象，梁AB受主動力G1和G2的作用。在D處為鉸鏈約束，約束反力F'D與FD

15、是作用與反作用的關(guān)系，且F'D=-FD。A處為固定鉸鏈支座約束，約束反力用兩個正交的分力FAx和FAy表示，方向可任意假設(shè)。如圖115c所示。小結(jié)：受力圖在解除約束的分離體簡圖上，畫出它所受的全部外力的簡圖，稱為受力圖。畫受力圖時應(yīng)注意：誰是受力物體，誰是施力物體，只畫受力，不畫施力；只畫外力，不畫內(nèi)力；既不要多畫力，又不要少畫力；解除約束后，才能畫上約束反力。作業(yè)：另擬第 3 周（第 3、4 講） 課 題平面匯交力系課 型新授課教學(xué)目標1、 掌握合力投影定理。2、 知道平面匯交力系平衡的解析條件和求解方法。教學(xué)重點合力投影定理教學(xué)難點利用平面匯交力系平衡的條件求解約束反力教學(xué)手段多媒

16、體教學(xué)、講練結(jié)合【教學(xué)過程】：復(fù)習(xí)導(dǎo)入：各力的作用線匯交于一點的力系稱為匯交力系。用力的平行四邊形法則可以求得兩力的合力，用此法則也可以求得多個匯交力的合力。對于包含n個匯交力的力系F1， F2 ，.，F(xiàn)n，所合成的合力FR即為FRF1+F2+ FnF一.力在直角坐標軸上的投影1.一次投影法若已知力F與直角坐標系oxyz三軸間的正向夾角分別為、，如圖2-1(a)、(b)，則力F在這三個軸上的投影可表示為Fx= Fcos Fy= Fcos (2Fz= Fcos可以看出，力與投影軸正向夾角為銳角時，其投影為正；力與投影軸正向夾角為鈍角時，其投影為負。故力在直角坐標軸上的投影是代數(shù)量。應(yīng)當注意，在直

17、角坐標系中，分力的大小和投影的絕對值相等，但投影是代數(shù)量，分力是失量。3.合力投影定理將式(2-1)兩邊分別向三個直角坐標軸上投影，有FRxF1x+F2x +.+FnxFxFRyF1y+F2y +.+FnyFy (2-4)FRzF1z+F2z +.+FnzFz即合力在某一軸上的投影，等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。二、匯交力系的合成與平衡1. 匯交力系合成的解析法設(shè)在剛體上作用有匯交力系F1，F(xiàn)2，.，F(xiàn)n，由合力投影定理可求得合力FR在三個直角坐標軸投影FRx、FRy、FRz，于是合力的大和方向可由下式確定(2-5) 若力系為平面力系，則合力的大小和方向為(2-6)2. 匯交力系平衡的解析

18、條件 從前面知道，匯交力系平衡的充要條件是合力等于零，即 FRF0所以Fx0Fy0(2-7)Fz0式(2-7)稱為匯交力系的平衡方程，它表明匯交力系平衡的解析條件是力系中各力在三個直角坐標軸投影的代數(shù)和分別等于零。利用這三個互相獨立的方程，可以求解三個未知數(shù)。若力系為平面匯交力系，則平面匯交力系平衡的解析條件為Fx0Fy0當用解析法求解平衡問題時，未知力的指向可以假設(shè)，如計算結(jié)果為正值，則表示所假設(shè)力的指向與實際相同；如為負值，則表示所假設(shè)力的指向與實際相反。例2-1用解析法求圖示匯交力系的合力。解圖2-2例2-2直桿AB、AC鉸接于A點，自重不計，在A點掛一物重G=1000N，并用繩子AD吊

19、住，如圖2-3所示。已知AB和AC等長且互相垂直，OAD30°，B、C均為球鉸接，求桿AB和AC及繩子AD所受的力。解取銷釘A為研究對象，其受力圖，如圖2-3所示，是一空間匯交力系。取直角坐標系A(chǔ)xyz，列平衡方程為Fx0FFcos30°sin45°0(1)Fy0FFcos30°cos45°0(2)Fz0Fsin30°G0 (3)由式(1)、(2)、(3)解得F2000N，F(xiàn)F1225N F、F均為負值，說明所假設(shè)力的指向與實際相反，即兩桿均受壓力。小結(jié)：1.力在坐標軸上的投影2.合力投影定理。即合力在某一軸上的投影，等于各分力在同一

20、軸上投影的代數(shù)和。3.匯交力系合成的解析法 4.匯交力系的平衡方程Fx0Fy0Fz0作業(yè)：另擬【課后記】：本節(jié)內(nèi)容對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)很重要，應(yīng)加強訓(xùn)練。第 4 周（第 1、2 講） 課 題力矩課 型新授課教學(xué)目標1、 知道力矩的定義2、掌握合力矩定理教學(xué)重點合力矩定理教學(xué)難點合力矩定理的應(yīng)用教學(xué)手段多媒體教學(xué)【教學(xué)過程】：復(fù)習(xí)導(dǎo)入：實踐表明，力對剛體的作用效應(yīng)，不僅可以使剛體移動，而且還可以使剛體轉(zhuǎn)動。其中移動效應(yīng)可用力矢來度量，而轉(zhuǎn)動效應(yīng)可用力矩來度量。一. 力對點之矩如圖2-5所示，當用扳手擰緊螺母時，力F對螺母擰緊的轉(zhuǎn)動效應(yīng)不僅與力F的大小 有關(guān)，而且還與轉(zhuǎn)動中心O至力F的垂直距離有關(guān)。因

21、此，可用兩者的乘積Fd來度量力使物體繞點O的轉(zhuǎn)動效應(yīng)，稱為力F對點O之矩，簡稱力矩，以符號MO(F)表示，即 MO(F)=±Fd式中，點O稱為矩心，d稱為力臂。力矩是一個代數(shù)量，其正負號規(guī)定如下：力使物體繞矩心逆時針轉(zhuǎn)動時，力矩取正號，反之為負。  由力矩的定義及計算式可知：力的作用線通過矩心時，力臂值為零，故力矩等于零。當力沿作用線滑動時，力臂不變，因而力對點的矩也不變。力矩的單位是牛頓米（N.m）二. 合力矩定理合力矩定理：平面力系的合力對平面上任一點之矩，等于各分力對同一點之矩的代數(shù)和。MO(FR)MO(F1)+MO(F2)+.+MO(Fn)MO(F)例2-4圓柱直齒

22、傳動中，已知輪齒嚙合面間的作用力為Fn1KN，嚙合角20°，齒輪分度圓直徑d60mm。試計算力對軸心O的力矩。解將力Fn沿半徑r方向分解成一組正交的圓周力FtFncos與徑向力FrFncos。 小結(jié)：1、力矩是度量力對物體轉(zhuǎn)動效應(yīng)的物理量，它與矩心的位置有關(guān)，其大小為 MO(F)=±Fd其中，力臂d是指矩心O到力F作用線的垂直距離2、合力矩定理平面力系的合力對平面上任一點之矩，等于各分力對同一點之矩的代數(shù)和。MO(FR)MO(F1)+MO(F2)+MO(Fn)MO(F)作業(yè)：另擬【課后記】：合力矩定理的應(yīng)用對以后的學(xué)習(xí)很重要。第4周（第3、4 講） 課 題力偶課 型新授課教

23、學(xué)目標1、 知道力偶的概念和性質(zhì)。2、 掌握力偶的合成方法和平面力偶系的平衡條件。教學(xué)重點力偶的性質(zhì)、平面力偶系的平衡條件教學(xué)難點無教學(xué)手段多媒體教學(xué)【教學(xué)過程】：復(fù)習(xí)導(dǎo)入：復(fù)習(xí)有關(guān)力矩的知識，導(dǎo)入力偶的概念。一. 力偶及其力偶矩由大小相等,方向相反，而作用線不重合的兩個平行力組成的力系稱為力偶， 記作（F，F(xiàn)'）。力偶中兩力所在的平面稱為力偶作用面，兩力作用線間的垂直距離d稱為力偶臂M±Fd力偶矩是代數(shù)量，一般規(guī)定使物體逆時針轉(zhuǎn)動為正，順時針轉(zhuǎn)動為負。力偶矩的單位是牛頓米（N.m） 二. 力偶的性質(zhì)性質(zhì)1力偶既無合力，也不能和一個力平衡，力偶只能用力偶來平衡。力偶是由兩個力組成的特殊力系，在任一軸上投影